MIT人造肌肉登上Science，能提起自重650倍的物體，伸縮萬(wàn)次不壞

郭一璞 2019-07-13 12:21:31 來(lái)源：量子位

郭一璞 發(fā)自 凹非寺

量子位 報(bào)道 | 公眾號(hào) QbitAI

兩種普普通通的材料，結(jié)合在一起卻能爆發(fā)出驚人的力量。

MIT造出的這種“人造肌肉”，只要稍微加熱十幾度，就能自由伸縮，進(jìn)而拉動(dòng)自重650倍的物體。

而且，“人造肌肉”本身十分纖細(xì)，制作方法也算不上高精尖，非常易生產(chǎn)，能非常方便的應(yīng)用在醫(yī)療、假肢、工業(yè)生產(chǎn)等各種場(chǎng)景中，幫到更多人。

現(xiàn)在，這塊特殊的材料也登上了Science封面。

神奇材料哪里來(lái)

研究人員的選擇了兩種熱膨脹系數(shù)不同的聚合物材料：高密度聚乙烯和環(huán)烯烴共聚物彈性體。

將兩種材料粘合在一起，變成了雙層的長(zhǎng)條狀，拆開(kāi)看，是這樣的結(jié)構(gòu)：

是不是像極了雙層的PRETZ餅干？

現(xiàn)在，這根長(zhǎng)條在顯微鏡下是這樣的：

之后，對(duì)這根材料進(jìn)行拉伸處理。

它就變成了彎彎曲曲的樣子，像黃瓜的卷須一樣的結(jié)構(gòu)。

現(xiàn)在，“人造肌肉”正式成形了。

它有著彎曲的外觀，看起來(lái)就像座機(jī)的電話線一樣，讓人有把它拉開(kāi)再?gòu)椈厝サ臎_動(dòng)。

而內(nèi)部的結(jié)構(gòu)也變成了這樣：

強(qiáng)力效果

只不過(guò)，如果你想要拉伸它，并不像拉電話線那樣容易，而是需要借助外力：

溫度。

這里不需要?jiǎng)×业臏囟茸兓?，大概加熱個(gè)十幾度就有明顯區(qū)別：

4秒鐘的時(shí)間內(nèi)，從22℃加熱到36攝氏度，原本只有2厘米左右的“電話線”，迅速縮短到只有原來(lái)的一半左右。

而且，這種隨溫度的變化是可逆的，在溫和條件下，循環(huán)往復(fù)10000次都可以堅(jiān)久耐用。

就靠著受熱縮短的這種特性，它能拉起自重650倍的物體。比如拉動(dòng)砝碼：

拉機(jī)械臂：

具備商用潛力

這些“人造肌肉”的生產(chǎn)過(guò)程其實(shí)并不難，而且還可以生產(chǎn)成各種尺寸，從幾微米到幾毫米不等，長(zhǎng)度可以達(dá)到數(shù)百米，在這樣豐富的尺寸下，哪怕是拉動(dòng)精細(xì)小部件，也可以實(shí)現(xiàn)了。

另外，研究人員還測(cè)試了溫度、拉伸長(zhǎng)度等因素之間的關(guān)系，發(fā)現(xiàn)在“加熱拉起重物”這個(gè)過(guò)程中，所有的溫度、長(zhǎng)度、重量變化都是有規(guī)律的，因此，在不同的應(yīng)用場(chǎng)景下，如果需要反復(fù)拉某樣重物，可以精確計(jì)算出需要的“人造肌肉”長(zhǎng)度和需要變化的溫度，能夠精確的應(yīng)用在各種場(chǎng)景下。

即使是沉重的東西，也可以將許多根“人造肌肉”組合在一起，共同拉動(dòng)重物。

加熱可能會(huì)有些麻煩，但將來(lái)，研究人員準(zhǔn)備將光纖或電擊等集成到“人造肌肉”之中，從內(nèi)部開(kāi)始加熱，這樣就免去了外部加熱的麻煩。

因此，未來(lái)這種材料完全可以用在機(jī)械臂、殘疾人的假肢等場(chǎng)景下。另外，研究人員還表示，在醫(yī)療場(chǎng)景中，這種材料也能用在微型醫(yī)學(xué)設(shè)備中，比如進(jìn)入動(dòng)脈做手術(shù)的醫(yī)療機(jī)器人等。

最后，研究人員還說(shuō)，由于它的原理是兩種材料的熱膨脹率不同，因此如果加以改進(jìn)，嘗試不同的原料，就可以造出類似的許多種材料。

MIT團(tuán)隊(duì)

這項(xiàng)研究的整個(gè)作者團(tuán)隊(duì)共有11個(gè)人，他們來(lái)自MIT、哈佛、華盛頓大學(xué)，兩位共同一作Mehmet Kanik和Sirma Orguc目前都在MIT。

Mehmet Kanik畢業(yè)于土耳其比爾肯特大學(xué)（Bilkent University），現(xiàn)在是MIT的博士后，他同時(shí)在電子研究實(shí)驗(yàn)室和材料科學(xué)工程系，主要從事材料科學(xué)的研究。

Sirma Orguc則是MIT電氣工程與計(jì)算機(jī)科學(xué)系的研究生，此前曾在中東科技大學(xué)取得了電子電氣工程碩士學(xué)位，現(xiàn)在也是IEEE的student member。

傳送門

Strain-programmable fiber-based artificial muscle

Mehmet Kanik, Sirma Orguc, Georgios Varnavides, Jinwoo Kim, Thomas Benavides, Dani Gonzalez, Timothy Akintilo, C. Cem Tasan, Anantha P. Chandrakasan, Yoel Fink, Polina Anikeeva

https://science.sciencemag.org/content/365/6449/145